CN107591464A - 一种多功能曲面显示屏用led材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能曲面显示屏用LED材料及其制造方法，该LED材料具体由LED芯片和LED封装材料组成，其中LED芯片具体为以碳化硅为衬底，以氮化镓为芯体，两个电极分布在器件的表面和底部的L型电极，其中氮化镓芯体内按氮化镓总质量添加有2.5%的二氧化硅、1.6%的铟、1.2%的砷和0.6%的铝；LED封装材料具体为：将乙烯基硅与硅氧烷聚合成乙烯基硅高聚物、聚氢基硅氧烷与乙烯基氢基硅树脂聚合成含氢基高聚物，再将两种高聚物在抑制剂和铂催化剂的作用下合成的有机硅树脂。本发明不采用蓝宝石为衬底，能适用于大曲面、高韧性、抗老化、电气性能好、可根据输出信号性质的不同发射不同特征的光线，并通过曲面显示增加聚焦度，用于多功能家庭用的LED显示屏。

Description

一种多功能曲面显示屏用LED材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及显示材料领域，尤其涉及一种多功能曲面显示屏用LED材料及其制造方法。

背景技术

LED显示屏(LED display)是一种平板显示器，由一个个小的LED 模块面板组成，用来显示文字、图像、视频、录像信号等各种信息的设备。

LED，发光二极管(light emitting diode缩写)。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，由镓(Ga)与砷(As)、磷(P)、氮(N)、铟(In)的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，铟镓氮二极管发蓝光。

但现有技术中常规使用以蓝宝石为衬底的纯氮化镓芯片及环气树脂封装材料，但使用蓝宝石作为衬底存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难。蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率大于1011Ω/cm，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极(如图1所示)。在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加。随着功率型LED的发展，环氧树脂已不能满足要求，但其作为LED 封装材料具有良好的粘接性能、介电性能，且价格低廉、操作简便，鉴于有机硅材料性能上的优点及降低成本上的考虑，通过物理共混和化学共聚的方法使有机硅改性环氧树脂成为众多研究方向。通过有机硅材料增韧改性环氧树脂可以改善其分子链的柔性，降低其内应力，进而改善开裂问题；利用有机硅的良好耐热性和强耐紫外光特性进行改性以提高环氧树脂的耐老化性、差耐热性、耐紫外光等问题。纯氮化镓芯片本身材料较脆，发光色谱单一，不适用于现在家用LED显示屏曲面设计的常规使用情况。

因此，市面上急需一种不采用蓝宝石为衬底，能适用于大曲面、高韧性、抗老化、电气性能好、可根据输出信号性质的不同发射不同特征的光线，并通过曲面显示增加聚焦度，用于多功能家庭用的显示屏用LED材料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种不采用蓝宝石为衬底，能适用于大曲面、高韧性、抗老化、电气性能好、可根据输出信号性质的不同发射不同特征的光线，并通过曲面显示增加聚焦度，用于多功能家庭用的多功能曲面显示屏用LED材料及其制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多功能曲面显示屏用LED材料，该LED材料具体由LED芯片和LED封装材料组成，其中 LED芯片具体为以碳化硅为衬底，以氮化镓为芯体，两个电极分布在器件的表面和底部的L型电极，其中氮化镓芯体内按氮化镓总质量添加有2.5％的二氧化硅、1.6％的铟、1.2％的砷和0.6％的铝；LED封装材料具体为：将乙烯基硅与硅氧烷聚合成乙烯基硅高聚物、聚氢基硅氧烷与乙烯基氢基硅树脂聚合成含氢基高聚物，再将两种高聚物在抑制剂和铂催化剂的作用下合成的有机硅树脂。

上述多功能曲面显示屏用LED材料的制造方法，包括以下步骤：

1)LED芯片制备

①准备氮化镓光电器件原料，并在原料中按质量比例添加2.5％的二氧化硅、1.6％的铟、1.2％的砷和0.6％的铝；

②准备80nm-150nm厚的碳化硅衬底；

③在碳化硅衬底上直接通过缓慢生长的方式制取氮化镓基LED芯体；

④在氮化镓基LED芯体上添加使电流可以纵向流动的L型电极，并使两个电极分别设置在芯体的上表面和底部；

⑤采用100℃-120℃稳定化处理20min-30min，即获得所需LED芯片；

2)LED封装材料的制备

①准备乙烯基硅树脂、含乙烯基封端的聚硅氧烷；

②准备聚氢基硅氧烷、乙烯基氢基硅树脂；

③将步骤①准备的乙烯基硅树脂和含乙烯基封端的聚硅氧烷高聚合为高聚物，获得乙烯基硅与硅氧烷聚合成的乙烯基硅高聚物；

④将步骤②准备的聚氢基硅氧烷和乙烯基氢基硅树脂高聚合为含氢基高聚物；

⑤准备合成有机硅树脂用抑制剂和铂催化剂；

⑥以步骤③获得的乙烯基硅高聚物、步骤④获得的含氢基高聚物和步骤⑤获得的抑制剂和铂催化剂为原料，合成高折射率有机硅树脂，该高折射率有机硅树脂即为所需LED封装材料；

3)LED材料最终成型

①采用LED封装材料热融后将LED芯片封装起来，露出LED芯片上的L型电极两端，即获得所需多功能曲面显示屏用LED材料。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述方案，具有以下优点：本发明不采用蓝宝石衬底，通常，GaN基材料和器件的外延层主要生长在蓝宝石衬底上，而使用蓝宝石作为衬底存在一些问题，例如晶格失配和热应力失配，这会在外延层中产生大量缺陷，同时给后续的器件加工工艺造成困难，同时蓝宝石是一种绝缘体，常温下的电阻率很大，在这种情况下无法制作垂直结构的器件；通常只在外延层上表面制作n型和p型电极，即在上表面制作两个电极，造成了有效发光面积减少，同时增加了器件制造中的光刻和刻蚀工艺过程，结果使材料利用率降低、成本增加，由于P型GaN 掺杂困难，当前普遍采用在p型GaN上制备金属透明电极的方法，使电流扩散，以达到均匀发光的目的，但是金属透明电极一般要吸收约30％～40％的光，同时GaN基材料的化学性能稳定、机械强度较高，不容易对其进行刻蚀，因此在刻蚀过程中需要较好的设备，这将会增加生产成本，蓝宝石的硬度非常高，在自然材料中其硬度仅次于金刚石，但是在LED器件的制作过程中却需要对它进行减薄和切割(从400nm减到100nm左右)，添置完成减薄和切割工艺的设备又要增加一笔较大的投资，蓝宝石的导热性能不是很好(在100℃约为25W/(m·K))，因此在使用LED器件时，会传导出大量的热量；特别是对面积较大的大功率器件，导热性能是一个非常重要的考虑因素，为了克服以上困难，本发明将GaN光电器件直接生长在硅衬底上，从而改善导热和导电性能，硅衬底的芯片电极还可采用两种接触方式，分别是L接触(Laterial-contact，水平接触)和V接触 (Vertical-contact，垂直接触)，通过这两种接触方式，LED芯片内部的电流可以是横向流动的，也可以是纵向流动的，由于电流可以纵向流动，因此增大了LED的发光面积，从而提高了LED的出光效率，因为硅是热的良导体，所以器件的导热性能可以明显改善，从而延长了器件的寿命，碳化硅衬底的导热性能(碳化硅的导热系数为490W/(m·K))要比蓝宝石衬底高出10倍以上，使用碳化硅衬底的芯片电极为L型，两个电极分布在器件的表面和底部，所产生的热量可以通过电极直接导出；同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，这样又提高了出光效率；2.5％的二氧化硅、1.6％的铟、1.2％的砷和0.6％的铝添加在氮化镓中，可以明显改善LED芯材的韧性，同时增加光谱的丰富性，使其可以根据需要而灵活调整；随着功率型LED的发展，环氧树脂已不能满足要求，但其作为LED封装材料具有良好的粘接性能、介电性能，且价格低廉、操作简便，鉴于有机硅材料性能上的优点及降低成本上的考虑，通过物理共混和化学共聚的方法使有机硅改性环氧树脂成为众多研究方向。通过有机硅材料增韧改性环氧树脂可以改善其分子链的柔性，降低其内应力，进而改善开裂问题；利用有机硅的良好耐热性和强耐紫外光特性进行改性以提高环氧树脂的耐老化性、差耐热性、耐紫外光等问题，而本发明获得的有机硅树脂折射率为1.53，透光率99％，固化收缩率为2％，耐紫外测试和耐湿性良好，因此可以获得不采用蓝宝石为衬底，能适用于大曲面、高韧性、抗老化、电气性能好、可根据输出信号性质的不同发射不同特征的光线，并通过曲面显示增加聚焦度，用于多功能家庭用的多功能曲面显示屏用LED材料。

附图说明

图1为PN结示意图。

具体实施方式

实施例1：

一种多功能曲面显示屏用LED材料，该LED材料具体由LED芯片和 LED封装材料组成，其中LED芯片具体为以碳化硅为衬底，以氮化镓为芯体，两个电极分布在器件的表面和底部的L型电极，其中氮化镓芯体内按氮化镓总质量添加有2.5％的二氧化硅、1.6％的铟、1.2％的砷和0.6％的铝；LED封装材料具体为：将乙烯基硅与硅氧烷聚合成乙烯基硅高聚物、聚氢基硅氧烷与乙烯基氢基硅树脂聚合成含氢基高聚物，再将两种高聚物在抑制剂和铂催化剂的作用下合成的有机硅树脂。

上述多功能曲面显示屏用LED材料的制造方法，包括以下步骤：

1)LED芯片制备

①准备氮化镓光电器件原料，并在原料中按质量比例添加2.5％的二氧化硅、1.6％的铟、1.2％的砷和0.6％的铝；

②准备100nm厚的碳化硅衬底；

③在碳化硅衬底上直接通过缓慢生长的方式制取氮化镓基LED芯体；

④在氮化镓基LED芯体上添加使电流可以纵向流动的L型电极，并使两个电极分别设置在芯体的上表面和底部；

⑤采用110℃稳定化处理25min，即获得所需LED芯片；

2)LED封装材料的制备

①准备乙烯基硅树脂、含乙烯基封端的聚硅氧烷；

②准备聚氢基硅氧烷、乙烯基氢基硅树脂；

③将步骤①准备的乙烯基硅树脂和含乙烯基封端的聚硅氧烷高聚合为高聚物，获得乙烯基硅与硅氧烷聚合成的乙烯基硅高聚物；

④将步骤②准备的聚氢基硅氧烷和乙烯基氢基硅树脂高聚合为含氢基高聚物；

⑤准备合成有机硅树脂用抑制剂和铂催化剂；

⑥以步骤③获得的乙烯基硅高聚物、步骤④获得的含氢基高聚物和步骤⑤获得的抑制剂和铂催化剂为原料，合成高折射率有机硅树脂，该高折射率有机硅树脂即为所需LED封装材料；

3)LED材料最终成型

①采用LED封装材料热融后将LED芯片封装起来，露出LED芯片上的L型电极两端，即获得所需多功能曲面显示屏用LED材料。

实施例2：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

上述多功能曲面显示屏用LED材料的制造方法，包括以下步骤：

1)LED芯片制备

②准备80nm厚的碳化硅衬底；

⑤采用100℃稳定化处理20min，即获得所需LED芯片；

实施例3：

整体与实施例1一致，差异之处在于：

上述多功能曲面显示屏用LED材料的制造方法，包括以下步骤：

1)LED芯片制备

②准备150nm厚的碳化硅衬底；

⑤采用120℃稳定化处理30min，即获得所需LED芯片；

对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种多功能曲面显示屏用LED材料，该LED材料具体由LED芯片和LED封装材料组成，其特征在于：其中LED芯片具体为以碳化硅为衬底，以氮化镓为芯体，两个电极分布在器件的表面和底部的L型电极，其中氮化镓芯体内按氮化镓总质量添加有2.5%的二氧化硅、1.6%的铟、1.2%的砷和0.6%的铝；LED封装材料具体为：将乙烯基硅与硅氧烷聚合成乙烯基硅高聚物、聚氢基硅氧烷与乙烯基氢基硅树脂聚合成含氢基高聚物，再将两种高聚物在抑制剂和铂催化剂的作用下合成的有机硅树脂。

2.根据权利要求1所述多功能曲面显示屏用LED材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1）LED芯片制备

①准备氮化镓光电器件原料，并在原料中按质量比例添加2.5%的二氧化硅、1.6%的铟、1.2%的砷和0.6%的铝；

②准备80nm-150nm厚的碳化硅衬底；

③在碳化硅衬底上直接通过缓慢生长的方式制取氮化镓基LED芯体；

④在氮化镓基LED芯体上添加使电流可以纵向流动的L型电极，并使两个电极分别设置在芯体的上表面和底部；

⑤采用100℃-120℃稳定化处理20min-30min，即获得所需LED芯片；

2）LED封装材料的制备

①准备乙烯基硅树脂、含乙烯基封端的聚硅氧烷；

②准备聚氢基硅氧烷、乙烯基氢基硅树脂；

③将步骤①准备的乙烯基硅树脂和含乙烯基封端的聚硅氧烷高聚合为高聚物，获得乙烯基硅与硅氧烷聚合成的乙烯基硅高聚物；

④将步骤②准备的聚氢基硅氧烷和乙烯基氢基硅树脂高聚合为含氢基高聚物；

⑤准备合成有机硅树脂用抑制剂和铂催化剂；

⑥以步骤③获得的乙烯基硅高聚物、步骤④获得的含氢基高聚物和步骤⑤获得的抑制剂和铂催化剂为原料，合成高折射率有机硅树脂，该高折射率有机硅树脂即为所需LED封装材料；

3）LED材料最终成型

①采用LED封装材料热融后将LED芯片封装起来，露出LED芯片上的L型电极两端，即获得所需多功能曲面显示屏用LED材料。